利用ACSL4促進(jìn)神經(jīng)炎癥新機制的研究
項目文章 |青島大學(xué)崔玉課題組發(fā)現(xiàn)ACSL4促進(jìn)神經(jīng)炎癥新機制
長鏈酰基輔酶A合成酶（ACSLs）構(gòu)成一個酶家族，通過將游離長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)化為其酰基輔酶A（CoA）形式，在脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著重要的作用。作為ACSL家族的一員，ACSL4優(yōu)先結(jié)合其底物花生四烯酸（AA），從而通過結(jié)合游離的AA參與含AA磷脂的重塑。之前的研究發(fā)現(xiàn)ACSL4促進(jìn)了缺血誘導(dǎo)的炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。然而，ACSL4是否影響脂多糖（LPS）刺激后小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而影響帕金森疾�。≒D）的進(jìn)展尚不清楚。2023年2月，青島大學(xué)崔玉課題組在Brain, Behavior, and Immunity（IF 19.227）上發(fā)表了題為“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。該文結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、基因手段、免疫生化等實驗研究發(fā)現(xiàn)LPS誘導(dǎo)后ACSL4的表達(dá)增加，敲低ACSL4會減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并結(jié)合體內(nèi)和體外實驗表明ACSL4是一種新型調(diào)節(jié)因子，通過調(diào)節(jié)退化樣家族成員4（VGLL4）表達(dá)和脂質(zhì)代謝來促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。中科新生命參與了該研究中脂質(zhì)組學(xué)檢測的相關(guān)工作。
研究材料
小鼠和細(xì)胞
技術(shù)路線
步驟1：LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加；
步驟2：敲低ACSL4對小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響；
步驟3：轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達(dá)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生；
步驟4：脂質(zhì)組學(xué)分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞的脂質(zhì)組成；
步驟5：體內(nèi)體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元殺傷能力，減輕體內(nèi)LPS和MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。
研究結(jié)果
1. LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加
為了確定ACSL4是否參與LPS誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，作者首先檢測了LPS誘導(dǎo)2小時后的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)，結(jié)果顯示ACSL4 mRNA和蛋白的表達(dá)顯著增加。此外，ACSL4在正常情況下或LPS誘導(dǎo)后主要定位于細(xì)胞質(zhì)中。這些結(jié)果表明，LPS誘導(dǎo)后原代小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加（圖1）。
圖1 LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加2. 敲低ACSL4對小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響
為了評估ACSL4對小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響，作者用靶向ACSL4的特異性siRNA轉(zhuǎn)染BV2細(xì)胞(小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞)，然后在LPS誘導(dǎo)后檢測促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉默ACSL4可降低LPS誘導(dǎo)后BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS誘導(dǎo)下，敲低ACSL4減少了促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生（圖2）。作者進(jìn)一步研究了ACSL4促進(jìn)LPS引發(fā)的炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生的潛在分子機制，分析了由TLR4信號通路激活的關(guān)鍵下游信號分子的水平，包括P65、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）。發(fā)現(xiàn)在ACSL4敲低的細(xì)胞中，促炎細(xì)胞因子的表達(dá)降低可能是NF-κB信號激活降低的結(jié)果，而不是由于鐵死亡率降低所致（圖3）。
圖2 敲低ACSL4可減少炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生
圖3 ACSL4通過促進(jìn)NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)并以一種不依賴于鐵死亡的方式增加細(xì)胞因子的產(chǎn)生 3. 轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析：ACSL4通過增加VGLL4的表達(dá)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生
與對照組相比，處理組共鑒定出203個基因為差異表達(dá)基因（DEGs），其中157個DEGs下調(diào)，46個DEGs上調(diào)。與促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的減少一致，與炎癥反應(yīng)相關(guān)的通路活性發(fā)生了顯著變化，包括NF-kappa B信號通路、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、TNF信號通路、病毒蛋白與細(xì)胞因子及細(xì)胞因子受體的相互作用等通路。此外，ACSL4以非鐵死亡依賴性方式調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，而脂質(zhì)代謝相關(guān)途徑的基因的表達(dá)沒有明顯變化（圖4）。作者還發(fā)現(xiàn)ACSL4敲低的小膠質(zhì)細(xì)胞中，VGLL4的表達(dá)增加。通過系列實驗研究證實ACSL4可能通過降低VGLL4的表達(dá)來促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生（圖5）。
圖4 ACSL4敲低導(dǎo)致許多與炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生變化
圖5 ACSL4通過調(diào)節(jié)VGLL4的表達(dá)來影響炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生 4. 脂質(zhì)組學(xué)分析：敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞的脂質(zhì)組成
先前的研究表明，ACSL4通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。作者評估了敲低ACSL4后是否會改變LPS誘導(dǎo)的脂質(zhì)代謝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對照和敲低ACSL4的小膠質(zhì)細(xì)胞中脂質(zhì)種類發(fā)生顯著變化，比如與對照組相比，ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)種類水平顯著降低。這些結(jié)果表明ACSL4可能通過調(diào)節(jié)BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中的脂質(zhì)組成來調(diào)節(jié)炎癥過程（圖6）。
圖6 敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞中的脂質(zhì)組成 5. 體內(nèi)體外實驗：ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元殺傷能力，減輕體內(nèi)LPS和MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥
由于來自活化小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥細(xì)胞因子會降低神經(jīng)元活力，作者研究發(fā)現(xiàn)與ACSL4沉默的BV2細(xì)胞共培養(yǎng)的神經(jīng)元比對照組的神經(jīng)元存活更多，表明體外小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4敲低降低了神經(jīng)元的殺傷能力。為了探究ACSL4在體內(nèi)是否在神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用，作者首先通過腹腔注射LPS建立動物模型，隨后評估炎癥反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACSL4 敲低可在體內(nèi)減輕LPS誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥（圖7）。小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥與帕金森病(PD)的進(jìn)展有關(guān)，作者進(jìn)一步評估了ACSL4是否影響帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）小鼠模型中的小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在MPTP PD模型中，ACSL4的敲低減少了神經(jīng)炎癥，并減輕了酪氨酸羥化酶陽性（Th+）神經(jīng)元的變性（圖8）。
圖7 敲低ACSL4可減輕LPS誘導(dǎo)的體內(nèi)神經(jīng)炎癥
圖8 敲低ACSL4可減輕MPTP誘導(dǎo)的體內(nèi)神經(jīng)炎癥小編小結(jié)
總之，文章揭示了ACSL4通過調(diào)節(jié)VGLL4表達(dá)和脂質(zhì)代謝來促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥的新作用。針對ACSL4表達(dá)的干預(yù)可能是帕金森病或其他涉及神經(jīng)炎癥的神經(jīng)疾病的潛在治療方法。
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總之，文章揭示了ACSL4通過調(diào)節(jié)VGLL4表達(dá)和脂質(zhì)代謝來促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥的新作用。針對ACSL4表達(dá)的干預(yù)可能是帕金森病或其他涉及神經(jīng)炎癥的神經(jīng)疾病的潛在治療方法。
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標(biāo)簽：
ACSL4 促進(jìn)神經(jīng)炎癥
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